專利名稱：熱順應(yīng)式燃燒蓋裝置及系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本文所公開的主題涉及燃?xì)鉁u輪機(jī)，并且更具體地涉及在燃?xì)鉁u
輪機(jī)中使用的燃燒蓋(cap)組件。
背景技術(shù)：
燃燒蓋組件在燃?xì)鉁u輪機(jī)中用來將燃料和空氣從燃料噴嘴輸送至渦輪機(jī)內(nèi)的燃燒室中。燃燒蓋組件通常包括蓋板，燃料噴嘴穿過該蓋板輸送燃料和空氣。
現(xiàn)有的蓋板具有低循環(huán)壽命極限和高循環(huán)壽命極限。壽命極限在蓋板中呈裂紋的形式。由于靠近燃燒室中的火焰而引起劇烈的熱梯度，故所經(jīng)受的一些開裂是源于低循環(huán)疲勞。還有一些開裂由高循環(huán)疲勞引起，這是因?yàn)樯w板相對較低的剛度容許其因燃燒壓力脈動(dòng)而偏轉(zhuǎn)。
試圖延長壽命極限的 一些設(shè)計(jì)包括使板件加厚，以使其具有較長的壽命和較高的剛度。這種增大的厚度使其難以制造，且使成本增加。增大的厚度還可導(dǎo)致厚板與薄板相附接的不連續(xù)性。其它設(shè)計(jì)使用附接到蓋上的護(hù)蓋板或護(hù)罩。在這些設(shè)計(jì)中，較熱的護(hù)罩可獨(dú)立于較冷的蓋結(jié)構(gòu)增長。包括此類護(hù)罩的裝置比具有單個(gè)蓋板的系統(tǒng)需要更多零件、更加復(fù)雜及更高的成本。因此，需要一種蓋組件，其具有改善的耐用性和壽命而不會(huì)明顯增加成本和提高復(fù)雜性。

發(fā)明內(nèi)容
一種根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例所構(gòu)造的燃燒蓋板，包括具有平坦表面且構(gòu)造成用以固定到連接在渦輪機(jī)燃燒室上的組件上的板件，該板件限定垂直于該平坦表面的中心軸線；穿過板件的多個(gè)開口；以及由板件所形成的多個(gè)凸起部分，各凸起部分均在中心軸線的方向上遠(yuǎn)離平坦表面延伸，且具有與在燃燒過程期間產(chǎn)生在板件上的熱梯度相適應(yīng)的形狀。
輪機(jī)的系統(tǒng)。該系統(tǒng)包括可連接到燃?xì)鉁u輪機(jī)中的燃燒室上的外套
筒；具有平坦表面且限定垂直于該平坦表面的中心軸線的板件，該板
件包括穿過板件的多個(gè)燃料噴嘴開口 ；以及固定成與多個(gè)開口對齊的多個(gè)燃料噴嘴杯體(cup)。板件具有多個(gè)凸起部分，各凸起部分均在中心軸線的方向上遠(yuǎn)離平坦表面延伸，且具有與在燃燒過程期間產(chǎn)生在板件上的熱梯度相適應(yīng)的形狀。
通過本發(fā)明示例性實(shí)施例的技術(shù)實(shí)現(xiàn)了另外的特征和優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明的其它實(shí)施例和方面在本文中進(jìn)行了詳細(xì)描述，且視作為要求得到保護(hù)的本發(fā)明的一部分。參看說明和附圖，以更好地理解具有其優(yōu)點(diǎn)和特征的本發(fā)明。


圖1為根據(jù)本發(fā)明示例性實(shí)施例的燃?xì)鉁u輪機(jī)的側(cè)部截面圖；圖2為圖1中的燃?xì)鉁u輪機(jī)組件的示例性燃燒器組件的放大截面
圖3為燃燒蓋的示例性實(shí)施例的前透^L圖4為圖3中的燃燒蓋的近距離前透^見圖5為圖3中的燃燒蓋的近距離后透視圖6為燃燒蓋的另一個(gè)示例性實(shí)施例的前透^L圖7為圖6中的燃燒蓋的近距離前透一見圖8為圖6中的燃燒蓋的近距離后透3見圖9為燃燒蓋的另一個(gè)示例性實(shí)施例的前透^L圖IO為圖9中的燃燒蓋的近距離前透視圖；以及
圖11為圖9中的燃燒蓋的近距離后透^L圖。零件清單
10燃?xì)鉁u輪機(jī)
12壓縮枳^H/f牛14燃燒器組件16渦4企組件18轉(zhuǎn)子軸
38大致為圓形的護(hù)蓋組件
22燃料噴嘴
24燃燒器外殼
26圓柱形燃燒器襯套
28燃燒室
20圓形蓋組件
30過渡部分(過渡件)
32渦輪噴嘴
34燃燒氣體
36氣流導(dǎo)腔
40燃燒蓋板
42,44燃料噴嘴開口
46平坦圓形本體(表面)
48中心軸線
50凸起部分(棱錐形隆起)
具體實(shí)施例方式
參看圖1，根據(jù)本發(fā)明的示例性實(shí)施例所構(gòu)造的燃?xì)鉁u輪機(jī)組件總體上以10標(biāo)示。燃?xì)鉁u輪機(jī)10包括壓縮機(jī)組件12、燃燒器組件14、與燃燒器組件14和壓縮機(jī)組件12流體連通的渦輪組件16，以及附接到壓縮機(jī)組件12和渦輪組件16上的轉(zhuǎn)子軸18。在工作中，空氣流過壓縮機(jī)組件12，且排放到燃燒器組件14中，該燃燒器組件14將燃料噴射到空氣流中，并點(diǎn)燃燃料/空氣混合物，以產(chǎn)生高溫燃燒氣流。
燃燒氣流朝向渦輪組件16排放，該燃燒氣流使渦輪組件16旋轉(zhuǎn)。
參看圖2，示出了燃燒器組件14的示例性實(shí)施例，該燃燒器組件 包括大致為圓形的護(hù)蓋組件38，其對多個(gè)燃料噴嘴22提供至少部分 支承。護(hù)蓋組件38利用保持器件(未示出)聯(lián)接到燃燒器外殼24上。 大致為圓柱形的燃燒器襯套26定位在外殼24內(nèi)，且通過外殼24得 到支承。襯套26限定燃燒室28。大致為圓形的蓋組件20限定燃燒室 28的一端，且提供用于燃料噴嘴22的進(jìn)入開口 。
過渡部分30,也稱為過渡件30，聯(lián)接到燃燒器外殼24上，且便 于將室28中所產(chǎn)生的燃燒氣體引導(dǎo)至渦輪噴嘴32中。燃料和空氣在 燃燒室28內(nèi)進(jìn)行混合且被點(diǎn)燃。所得到的燃燒氣體34從室28朝向 燃燒氣流導(dǎo)腔36且經(jīng)由該導(dǎo)腔受到引導(dǎo)，導(dǎo)腔36將燃燒氣流朝向渦 輪噴嘴32引導(dǎo)。
蓋組件20包括燃燒蓋板40，其包括用于收容燃料噴嘴22的多個(gè) 開口。蓋板40包括多個(gè)燃料噴嘴開口 42,44。多個(gè)燃料噴嘴杯體或管 固定成與燃料噴嘴開口 42，44對齊。
參看圖3至圖5，燃燒蓋組件20包括具有多個(gè)開口的蓋板40， 燃料噴嘴穿過這些開口輸送燃料和空氣。蓋板40包括平坦的圓形本 體46和多個(gè)開口 42,44。
參看圖6至圖8，示出了蓋板40的實(shí)施例。在該實(shí)施例中，蓋板 40為包括平坦表面46的平坦板件，該平坦表面46在其上具有多個(gè)燃 料噴嘴開口 42,44。在該實(shí)施例中，燃料噴嘴開口 42,44包括五個(gè)初級 燃料噴嘴開口或外部燃料噴嘴開口 44，也稱為"周邊開口"，以及中央 燃料噴嘴開口42,也稱為"中央開口"。本文的實(shí)施例中所述的燃料噴 嘴開口 42,44，其數(shù)目和位置是示例性的，而未受到限制。同樣在該 實(shí)施例中，燃料噴嘴開口 42,44具有圓形形狀，但如果需要的話也可 采用其它適合的形狀。在一個(gè)實(shí)施例中，蓋板40由適于在渦輪機(jī)10 所形成的情況中使用的任何金屬材料制成。平坦表面46限定垂直于中心軸線48的平面。在一個(gè)實(shí)施例中， 中央開口 42關(guān)于中心軸線48對稱。在一個(gè)實(shí)施例中，周邊開口 44 周向地定位在表面46上，也就是說，各周邊開口的中心定位在圍繞 中心軸線48對稱地形成的圓周上。
在一個(gè)實(shí)施例中，表面46包括多個(gè)凸起部分50，其在偏離/人中 心軸線48發(fā)射出的徑向線的方向上遠(yuǎn)離表面46延伸。在一個(gè)實(shí)施例 中，凸起部分50的厚度保持與板件40的至少平坦部分的厚度大致相 同。
通過將蓋板40形狀改變成更加順應(yīng)由燃燒過程所引起的熱偏轉(zhuǎn) (thermal deflection)方向的形狀，凸起部分50降低了由燃燒過程所引 入的熱狀況引起的應(yīng)力。該設(shè)計(jì)還引起板件40變剛硬，以使其對由 燃燒引起的驅(qū)動(dòng)力所產(chǎn)生的共振的敏感度較低。凸起部分50的形狀 構(gòu)造成用以通過容許平面外的熱增長(即遠(yuǎn)離平坦表面46增長)來吸收 熱負(fù)載。該形狀基于所存在的熱負(fù)載圖象(thermal pattem)來構(gòu)造，但 它們可適于匹配其它熱圖象。在一個(gè)實(shí)例中，凸起部分50的形狀與 熱偏轉(zhuǎn)相適應(yīng)。
蓋板40由于其靠近渦輪機(jī)燃燒室中的火焰以及使火焰燃滅所產(chǎn) 生的循環(huán)熱負(fù)載而經(jīng)受劇烈的熱梯度。金屬板40的熱力學(xué)上的熱區(qū) 域形成為鄰近熱力學(xué)上的冷區(qū)域。在現(xiàn)有的板件中，熱力學(xué)上的熱區(qū) 域拉緊熱力學(xué)上的冷區(qū)域，這稱為"熱對抗(thermal fight)"。包括凸起 部分50的蓋板40減小或消除了熱對抗。
例如，在燃燒期間，板件40形成"熱"部分和"冷"部分。熱部分為 表面46上具有明顯高于表面46的其它部分即冷部分的溫度的任何區(qū) 域。熱部分所經(jīng)受的熱負(fù)載高于冷部分。凸起部分50定形為至少部 分地與相應(yīng)熱部分的形狀相適應(yīng)，該熱部分容許熱部分中的材料遠(yuǎn)離 表面46膨脹，且防止熱部分與冷部分之間的熱對抗。通過防止熱對 抗，明顯減少或消除了裂紋的風(fēng)險(xiǎn)和發(fā)生。
在一個(gè)示例性實(shí)施例中，多個(gè)凸起部分50形成了多個(gè)長形隆起50,如圖6至圖8中所示的長形凹槽。在另一個(gè)實(shí)施例中，長形隆起 50成對，形成"V，，形，其關(guān)于在平坦表面46上與中心軸線48垂直延 伸的徑向方向?qū)ΨQ。在一個(gè)實(shí)施例中， 一對長形的隆起50設(shè)置在各 對周邊開口 44之間。
在一個(gè)示例性實(shí)施例中，當(dāng)板件40組裝在渦輪機(jī)IO上時(shí)，長形 隆起50向內(nèi)凸起，即在朝向燃燒室28和朝向板件40后部的方向上。 這在圖7的前^L圖和圖8的后3見圖中示出。在其它實(shí)施例中，當(dāng)板件 40組裝在渦輪機(jī)10上時(shí)，長形隆起50向外凸起，即在遠(yuǎn)離燃燒室 28和朝向板件40前方的方向上。
參看圖9至圖11，示出了板件40的另一個(gè)示例性實(shí)施例。在該 實(shí)施例中，凸起部分50為從表面46伸出的多個(gè)棱錐形隆起50。各棱 錐形隆起50的形狀總體上與各相應(yīng)熱部分的全部或部分相適應(yīng)。在 一個(gè)實(shí)施例中，各棱錐形隆起50均關(guān)于徑向?qū)ΨQ，該徑向在平坦表 面46上與中心軸線48垂直地延伸。在一個(gè)實(shí)施例中，棱錐形隆起50 設(shè)置在各對周邊開口 44之間。
在一個(gè)示例性實(shí)施例中，當(dāng)板件40組裝在渦輪機(jī)IO上時(shí)，棱錐 形隆起50向內(nèi)凸起，即在朝向燃燒室28和朝向板件40后部的方向 上。這在圖9的前^L圖和圖10的后i見圖中示出。在其它實(shí)施例中， 當(dāng)板件40組裝在渦輪機(jī)10上時(shí)，棱錐形隆起50向外凸起，即在遠(yuǎn) 離燃燒室28合朝向板件40前方的方向上。
盡管本文的示例性實(shí)施例描述了長形形狀和棱錐形形狀，但凸起 部分50的形狀不限于這些實(shí)施例。凸起部分可采用包繞表面46熱部 分的全部或部分的任何期望的形狀。
本文所述的裝置和系統(tǒng)提供了優(yōu)于現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)的許多優(yōu)點(diǎn)。例 如，該裝置和系統(tǒng)在不需要改變厚度或附加構(gòu)件的情況下提供了改善 蓋組件板的堅(jiān)固性和耐用性以及相應(yīng)壽命的技術(shù)效果。該裝置和系統(tǒng) 減小了由經(jīng)受不同負(fù)載的部分之間的熱對抗所引起的蓋板上的應(yīng)力。 此外，蓋板增大的剛度可對在燃燒過程期間所產(chǎn)生的壓力波動(dòng)提供增大的抵抗能力。因此，本文所述的裝置和系統(tǒng)在不引入顯著的復(fù)雜性 或增加成本的情況下延長了壽命。
本文所公開的實(shí)施例的性能可在軟件、固件、硬件或它們的一些 組合中實(shí)現(xiàn)。作為一個(gè)實(shí)例，所公開的實(shí)施例的一個(gè)或多個(gè)方面可包 括在例如具有計(jì)算機(jī)可用介質(zhì)的制品(例如， 一個(gè)或多個(gè)計(jì)算機(jī)程序產(chǎn) 品)中。該介質(zhì)例如嵌入在計(jì)算機(jī)可讀程序代碼裝置中，用于提供和促 進(jìn)本發(fā)明的性能。該制品可歸為計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的一部分，或單獨(dú)銷售。 此外，可提供機(jī)器可讀的至少一個(gè)程序存儲(chǔ)裝置，其切實(shí)地實(shí)現(xiàn)機(jī)器 可執(zhí)行的至少 一種指令程序，以執(zhí)行所公開的實(shí)施例的性能。
總的來說，本書面說明使用了包括最佳模式的實(shí)例來公開本發(fā) 明，且還使本領(lǐng)域的技術(shù)人員能夠?qū)嵤┍景l(fā)明，包括制作和使用任何 裝置或系統(tǒng)，以及執(zhí)行任何并入的方法。本發(fā)明的專利范圍由權(quán)利要 求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員所構(gòu)思出的其它實(shí)例。如果這些 其它實(shí)例與權(quán)利要求中的書面語言并無不同，或者如果這些其它實(shí)例 包括與權(quán)利要求的書面語言無實(shí)質(zhì)區(qū)別的等同結(jié)構(gòu)元件，則將意味著 這樣的實(shí)例落在權(quán)利要求的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種燃燒蓋板(40)，包括板件，其具有平坦表面(46)且被構(gòu)造成用以固定到連接在渦輪機(jī)燃燒室(28)上的組件上，所述板件限定垂直于所述平坦表面(46)的中心軸線(48)；穿過所述板件的多個(gè)開口(42，44)；由所述板件形成的多個(gè)凸起部分(50)，各所述凸起部分(50)均在所述中心軸線(48)的方向上遠(yuǎn)離所述平坦表面(46)延伸，且具有與在燃燒過程期間產(chǎn)生在所述板件上的熱梯度相適應(yīng)的形狀。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒蓋板(40)，其特征在于，所述板件 具有多個(gè)熱部分和多個(gè)冷部分，所述熱部分在燃燒期間比所述冷部分 經(jīng)受更高的熱負(fù)載，以及所述多個(gè)凸起部分(50)中的各個(gè)凸起部分的 形狀與各個(gè)熱部分的形狀相適應(yīng)。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的燃燒蓋板(40),其特征在于，所述多個(gè) 開口包括中央開口 (42)和周向地定位成圍繞所述中心軸線(48)的多個(gè) 周邊開口(44)。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃燒蓋板(40),其特征在于，所述多個(gè) 凸起部分(50)中的各個(gè)凸起部分均周向地定位在一對所述周邊開口之 間。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃燒蓋板(40)，其特征在于，所述多個(gè) 部分(50)限定多個(gè)棱錐形隆起(50)。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的燃燒蓋板(40),其特征在于，所述多個(gè) 凸起部分(50)限定多個(gè)長形隆起(50)。
7. —種用于將可燃材料供送給燃?xì)鉁u輪—幾(10)的系統(tǒng)，所述系統(tǒng) 包括可連接到所述燃?xì)鉁u輪機(jī)(10)中的燃燒室(28)上的外套筒；板件，其具有平坦表面(46)和限定垂直于所述平坦表面(46)的中心軸線(48)，所述板件包括穿過所述板件的多個(gè)燃料噴嘴開口 (42,44); 以及固定成與所述多個(gè)開口對齊的多個(gè)燃料噴嘴杯體， 所述板件具有多個(gè)凸起部分(50)，各所述凸起部分(50)均在所述中心軸線(48)的方向上遠(yuǎn)離所述平坦表面(46)延伸，且具有與在燃燒過程期間產(chǎn)生在所述板件上的熱梯度相適應(yīng)的形狀。
8. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述板件具有多個(gè) 熱部分和冷部分，所述熱部分在燃燒期間比所述冷部分經(jīng)受更高的熱 負(fù)載，以及所述多個(gè)凸起部分(50)中的各個(gè)凸起部分的形狀與各個(gè)熱 部分的形狀相適應(yīng)。
9. 根據(jù)權(quán)利要求7所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)開口包括 中央開口 (42)和周向地定位成圍繞所述中心軸線(48)的多個(gè)周邊開口 (44)。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其特征在于，所述多個(gè)凸起部 分(50)中的各個(gè)凸起部分均周向地定位在一對所述周邊開口 (44)之間。
全文摘要
本發(fā)明涉及熱順應(yīng)式燃燒蓋裝置及系統(tǒng)。具體而言，公開了一種燃燒蓋板(40)。該燃燒蓋板(40)包括具有平坦表面(46)且構(gòu)造成用以固定到連接在渦輪機(jī)燃燒室(28)上的組件上的板件，該板件限定垂直于平坦表面(46)的中心軸線(48)；穿過板件的多個(gè)開口(44)；以及由板件形成的多個(gè)凸起部分。各凸起部分均在中心軸線(48)的方向上遠(yuǎn)離平坦表面(46)延伸，且具有與在燃燒過程期間在板件上所產(chǎn)生的熱梯度相適應(yīng)的形狀。
文檔編號(hào)F23R3/28GK101660768SQ20091017283
公開日2010年3月3日 申請日期2009年8月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月29日
發(fā)明者K·C·貝爾索姆, M·R·沃茨 申請人:通用電氣公司